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典型应用
全套钙钛矿电池测试系统新发展
阅读次数：2750 发布时间：2019/4/4 16:57:55
钙钛矿太阳能电池简介
近年来，金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的能量转化效率显著提高，从2009年的3.8%提升至2018年的23.7%，这得益于钙钛矿电池吸光系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长等令人着迷的光学和电子特性。不仅如此，制作工艺简单、材料成本低廉，也使它成为目前*有应用前景的新型太阳能电池器件。然而，研究人员发现无机-有机混合型钙钛矿甲胺铅碘（MAPbI3）材料对于水、氧非常敏感。除此之外，钙钛矿太阳能薄膜电池各功能层之间存在界面缺陷，这些缺陷会引起钙钛矿分解，降低器件的稳定性，加速器件老化。因此，如何减少或钝化器件中的缺陷对于制备高性能、高稳定性电池至关重要。
根据不同的钝化位置和钝化目的，对钙钛矿太阳能电池的钝化技术可以分为以下几类：
1、电子传输层与钙钛矿层。大多数高性能的钙钛矿太阳能电池采用TiO2作为电子传输层，但TiO2是很好的光催化剂，会加速器件性能衰减。可以通过物理隔离电子传输层和钙钛矿层，提高器件的稳定性。同时，TiO2与钙钛矿层的缺陷可能导致器件的光伏回滞特性，采用I主族金属元素、氯化物、聚合物掺杂等方法可以减少激子复合和回滞。
2、钙钛矿层和空穴传输层。钙钛矿层和空穴传输层之间由于悬空键的存在，钙钛矿表面存在大量缺陷，激子复合率高。通过在两层间加入一超薄的PMMA层或Al2O3层，可以有效钝化界面，阻挡激子复合并提升器件性能。
3、钙钛矿层本身。在钙钛矿层中加入含阳离子的憎水大分子，保护钙钛矿层，避免水汽侵入，从而提升钙钛矿太阳能电池的湿稳定性。
北京大学物理学院的赵清教授课题组在之前发展的籽晶诱导的基础上，进行了系统的界面优化，通过分别控制有机胺盐(NH2CHNH2I/CH3NH3Br)在碘化铅（PbI2）上的反应深度，钙钛矿的分解程度，以及钙钛矿表面的溶剂处理，实现了钙钛矿薄膜的顶部、底部以及晶界处PbI2的形成这一系列的钝化。得到稳态输出效率超过了22%，稳态开路电压1.15V（相对于带隙宽度损耗仅为0.38V）的钙钛矿电池，基本为1.53eV带隙钙钛矿电池的开路电压损失。通过时间分辨的荧光检测以及详细的阻抗谱分析，证实PbI2和钙钛矿的界面是一个缺陷非常少的界面，几乎可以和Si/SiO2界面相媲美。（相关工作发表在Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.201800296）上。）
石墨炔是一种sp和sp2杂化的π共轭体系的二维材料，n型半导体特性，且拥有适当的带隙、高电子态密度及良好的疏水性。中科院物理研究所孟庆波课题组与化学研究所李玉良课题组在这一领域开展深入合作，将石墨炔引入到了FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3钙钛矿膜中，构建了石墨炔/钙钛矿体相异质结薄膜。在此基础上，制备了高效、水稳定性优异的钙钛矿太阳能电池。实验表明，钙钛矿/石墨炔体相异质结促进了激子分离并提高光生电子的抽取能力，提升了电子传输能力，电池的短路电流升高。另外，石墨炔的引入钝化了晶界和界面缺陷，有效地抑制了光生载流子的复合，获得了相对较高的填充因子，以及20.54%的光电转换效率。此外，基于石墨炔/钙钛矿体相异质结的钙钛矿薄膜的抗湿性得到明显提升。（相关结果发表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201802012）上。）
卓立汉光为钙钛矿电池测试提供特殊定制样品台
钙钛矿太阳能电池除两端电极外，功能层分为空穴传输层（NiOx）、钙钛矿层（CH3NH3PbI3）以及电子传输层（ZnO）。太阳光从ITO玻璃面入射，电极在入射光背面，称为背电极结构。阴极为Al、阳极为ITO。
卓立汉光针对这种背电极结构的钙钛矿太阳能电池提供定制样品探针台，QE-F6-D。由于不同客户制作的电池尺寸和电极位置不同，因此卓立汉光针对每个客户的电池尺寸及电极位置量身定做样品台，达到电极接触良好、不遮光、不易损坏ITO膜及同一样品上不同电池块输出的快速切换。
QE-F6-D使用简单，只需三步就可以完成样品安装：
1、解锁打开上盖；
2、ITO面朝上放入样品台；
3、扣上盖锁好，旋转旋钮选择不同电池片的电流输出；
钙钛矿电池结构 QE-F6-D 样品探针台
卓立汉光提供全套钙钛矿电池测试系统
1、IV系统
功能：测量太阳能电池短路电流、短路电流密度、开路电压、功率、功率电流、功率电压、填充因子、光电转换效率、正反向调速扫描与暗电流扣除功能。
特点：AAA级太阳光模拟器，长时间稳定性好（不稳定度＜0.8%）可用于长时间稳定性测试，模拟器光出口四个方向可调满足客户样品在手套箱里面的测试需求，出光口遥控光阑片方便遮光更换样品。
系统组成：太阳光模拟器、标准单晶硅太阳电池（中国计量研究院标定）、吉时利2400源表、样品探针台、IV软件。
图引自Constructing CsPbBr3 Cluster Passivated-Triple Cation Perovskite for Highly Efficient ａnd Operationally Stable Solar Cells.
2、QE系统
功能：光谱响应度、外量子效率、内量子效率、反射率、透射率、积分短路电流密度、光束诱导电流。
特点：测量结果重复性高测量结果准确可重复，自动化测试流程高简化测试员工作、测试出错率低，系统*小光斑直径小于1mm满足小面积电池的测试需求，高稳定性高强度光源不同重复标定标准探测器，节省测试时间，高强度光源充分激发电池效率，测试结果更准确，全反射光路无色差测试结果无偏差。
图引自Efficient Perovskite Solar Cells Fabricated Through CsCl-Enhanced PbI2 Precursor via Sequential Deposition.
原创作者：北京卓立汉光仪器有限公司
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